(57)【要約】  複数の無指向性マイクロホンユニット間の低域で生じるレベル差及び位相差を補正し、指向性を改善し、小型化を図る指向性マイクロホン装置及びその指向性制御方法を提供する。レベル差算出部（１０５）は、第１の無指向性マイクロホンユニット（１０１）にて得られた第１の信号ｘ１（ｔ）と第２の無指向性マイクロホンユニット（１０２）にて得られた第２の信号ｘ２（ｔ）とのレベル差を算出し、補正パラメータ算出部（１０６）は、補正処理部（１０３）を構成する１次ＩＩＲフィルタの係数を前記レベル差に基づいて算出する。補正処理部（１０３）は、算出された係数を用いて、２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差と位相差とを同時補正する。
2012001898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無指向性マイクロホンユニットと、
前記複数の無指向性マイクロホンユニットにて得られた複数の信号を、補正パラメータを用いて補正する補正処理部と、
補正された前記複数の信号を用いて、指向性合成を行う指向性合成部と、
前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差を算出するレベル差算出部と、
前記補正処理部において前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを前記レベル差に基づいて算出する補正パラメータ算出部と、
を具備する指向性マイクロホン装置。
【請求項２】
複数の無指向性マイクロホンユニットと、
前記複数の無指向性マイクロホンユニットにて得られた複数の信号を、補正パラメータを用いて補正する補正処理部と、
補正された前記複数の信号を用いて、指向性合成を行う指向性合成部と、
補正された前記複数の信号のうち、基準とする信号と、他の信号とのレベルを比較するレベル比較部と、
前記補正処理部において前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを前記レベル比較結果に基づいて更新する補正パラメータ更新部と、
を具備する指向性マイクロホン装置。
【請求項３】
前記補正処理部は、１次ＩＩＲフィルタである請求項１または請求項２に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項４】
前記補正パラメータは、前記１次ＩＩＲフィルタのフィルタ係数である請求項３に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項５】
前記補正パラメータ算出部は、１次高域通過特性を有する無指向性マイクロホンユニットに相当するデジタルフィルタと逆特性を有する前記１次ＩＩＲフィルタのフィルタ係数を算出する請求項４に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項６】
前記補正パラメータ算出部は、１次高域通過特性を有する無指向性マイクロホンユニットに相当するデジタルフィルタと逆特性を有するように前記１次ＩＩＲフィルタのフィルタ係数を更新する請求項４に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項７】
前記レベル差算出部は、基準とする無指向性マイクロホンユニットにて得られた信号と、他の無指向性マイクロホンユニットにて得られた信号とのレベル差を複数の周波数帯域毎に算出する請求項１に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項８】
前記補正パラメータ算出部は、複数の周波数帯域毎に算出された前記レベル差のうち、２つ以上のレベル差に基づいて、前記補正パラメータを算出する請求項７に記載の指向性マイクロホン装置。
【請求項９】
複数の無指向性マイクロホンユニットにて得られた複数の信号を、補正パラメータを用いて補正する補正処理ステップと、
補正された前記複数の信号を用いて、指向性合成を行う指向性合成ステップと、
前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差を算出するレベル差算出ステップと、
前記補正処理ステップにおいて前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを前記レベル差に基づいて算出する補正パラメータ算出ステップと、
を具備する指向性制御方法。
【請求項１０】
複数の無指向性マイクロホンユニットにて得られた複数の信号を、補正パラメータを用いて補正する補正処理ステップと、
補正された前記複数の信号を用いて、指向性合成を行う指向性合成ステップと、
補正された前記複数の信号のうち、基準とする信号と、他の信号とのレベルを比較するレベル比較ステップと、
前記補正処理ステップにおいて前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを前記レベル比較結果に基づいて更新する補正パラメータ更新ステップと、
を具備する指向性制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の無指向性マイクロホンユニットを備える指向性マイクロホン装置及びその指向性制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の無指向性マイクロホンユニットから得られた信号を処理して、指向性を得る指向性マイクロホン装置が知られている。この信号処理の方法の一つに音圧傾度型の指向性合成法がある。この合成法は、マイクロホンユニットを比較的小規模に配置しても指向性を形成できる利点を持つ反面、マイクロホンユニット間にレベル差や位相差等の個体差がある場合は、指向性が劣化するという欠点がある。【０００３】
マイクロホンユニット間のレベル差や位相差は、量産バラツキや経年変化に起因して、マイクロホンユニット背面のカシメ部に隙間が生じ、この隙間からの空気漏れ等の影響により、特に低域において生じる。このため、出荷時の検査工程を通過し、品質が保証されたマイクロホンユニット間においてもレベル差や位相差は大なり小なり存在する。【０００４】
例えば、特許文献１には、２個の無指向性マイクロホンユニットそれぞれの低域成分のレベルを用いて、２個の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差のみを補正する指向性マイクロホン装置が開示されている。図１は、特許文献１に開示された指向性マイクロホン装置の構成を示す図である。図１Ａは、レベル差をフィードバックによって補正する場合を示しており、図１Ｂは、レベル差をフィードフォーワードによって補正する場合を示している。ここでは、図１Ａを用いて説明する。【０００５】
図１Ａにおいて、まず、第１及び第２の無指向性マイクロホンユニット１１、１２は、第１及び第２の信号を収音する。次に、レベル制御回路１９は、第２の信号に対してレベル制御を行う。次に、レベル制御信号形成回路２０は、第１の信号とレベル制御された第２の信号との低域成分のレベル差を検出し、このレベル差に応じたレベル制御信号を生成する。最後に、レベル制御回路１９は、生成されたレベル制御信号を用いて、第１及び第２の信号間のレベル差をなくすように制御する。【０００６】
また、例えば、特許文献２には、機器内に設置されたスピーカから学習用の信号を再生し、マイクロホンユニットのキャリブレーションを行う指向性マイクロホン装置が開示されている。図２は、特許文献２に開示された指向性マイクロホン装置の構成を示す図である。【０００７】
図２において、まず、信号処理プロセッサ２９は、増幅器２６を介して、マイクロホンユニット２１〜２４の検出領域内に配置されたスピーカ２５から事前に設定された周期的な雑音信号を再生する。次に、信号処理プロセッサ２９内のデジタルＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタは、マイクロホンユニット２１〜２４にて収音されたそれぞれの信号に、フィルタ処理を行う。最後に、信号処理プロセッサ２９は、デジタルＦＩＲフィルタからの応答を評価し、デジタルＦＩＲフィルタの特性を適応させ、マイクロホンユニット２１〜２４のキャリブレーションを行うようにしている。【０００８】
また、例えば、特許文献３には、２個の無指向性マイクロホンユニット間の感度差から低域の周波数特性を調整する指向性マイクロホン装置が開示されている。図３は、特許文献３に開示された指向性マイクロホン装置の構成を示す図である。【０００９】
図３において、まず、第１及び第２の無指向性マイクロホンユニット１１、１２は、第１及び第２の信号を収音する。次に、第１及び第２のＨＰＦ３０、３１は、第１及び第２の信号それぞれに高域通過処理を行う。次に、第１及び第２のＢＰＦ３２、３３は、高域通過処理が行われた第１及び第２の信号それぞれに所定の帯域の周波数成分のみを通過させる帯域通過処理を行う。次に、感度差比較器３４は、所定の帯域の周波数成分のみとなった第１及び第２の信号の感度差とどちらが大きいかを算出する。最後に、係数生成部３５は、所定の帯域の周波数成分のみとなった第１或いは第２の信号の大きい方のＨＰＦの係数を感度差に基づいて生成する。ここで、係数生成部３５は、図４に示すように、感度差ｄ１〜ｄｎ（ｎは正数）に応じて係数ａとしてａ１〜ａｎの係数を、係数ｂとしてｂ１〜ｂｎの係数を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１７７９００号公報
【特許文献２】特開２００４−３４３７００号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６３２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した特許文献１に開示の構成では、２個の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差のみを補正するため、位相差は補正されないので、低域まで指向性を得たい場合、その改善が十分でないという課題がある。【００１２】
また、特許文献２に開示の構成では、低域まで指向性を得ることができるものの、マイクロホンユニットのキャリブレーションに学習信号の再生が必要であり、小型な民生機器での使用を想定した場合、再生用のスピーカを設置することが困難である。また、設置が可能な場合には、ユーザがキャリブレーションを行う負担を強いられるという課題がある。【００１３】
また、特許文献３に開示の構成では、所定の帯域の感度が低い方の無指向性マイクロホンにもう一方の無指向性マイクロホンを合わせるため、低域での振幅周波数特性の減衰を招くという課題がある。【００１４】
このように、特に、特許文献１及び特許文献３に開示の構成には、低域での振幅周波数特性が改善されないという課題がある。【００１５】
本発明の目的は、複数の無指向性マイクロホンユニット間の低域で生じるレベル差及び位相差を補正し、指向性を改善し、小型化を図る指向性マイクロホン装置及びその指向性制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の指向性マイクロホン装置は、複数の無指向性マイクロホンユニットと、前記複数の無指向性マイクロホンユニットにて得られた複数の信号を、補正パラメータを用いて補正する補正処理部と、補正された前記複数の信号を用いて、指向性合成を行う指向性合成部と、前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差を算出するレベル差算出部と、前記補正処理部において前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを前記レベル差に基づいて算出する補正パラメータ算出部と、を具備する構成を採る。【００１７】
また、本発明の指向性マイクロホン装置は、複数の無指向性マイクロホンユニットと、前記複数の無指向性マイクロホンユニットにて得られた複数の信号を、補正パラメータを用いて補正する補正処理部と、補正された前記複数の信号を用いて、指向性合成を行う指向性合成部と、補正された前記複数の信号のうち、基準とする信号と、他の信号とのレベルを比較するレベル比較部と、前記補正処理部において前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを前記レベル比較結果に基づいて更新する補正パラメータ更新部と、を具備する構成を採る。【００１８】
また、本発明の指向性制御方法は、複数の無指向性マイクロホンユニットにて得られた複数の信号を、補正パラメータを用いて補正する補正処理ステップと、補正された前記複数の信号を用いて、指向性合成を行う指向性合成ステップと、前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差を算出するレベル差算出ステップと、前記補正処理ステップにおいて前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを前記レベル差に基づいて算出する補正パラメータ算出ステップと、を具備するようにした。【００１９】
また、本発明の指向性制御方法は、複数の無指向性マイクロホンユニットにて得られた複数の信号を、補正パラメータを用いて補正する補正処理ステップと、補正された前記複数の信号を用いて、指向性合成を行う指向性合成ステップと、補正された前記複数の信号のうち、基準とする信号と、他の信号とのレベルを比較するレベル比較ステップと、前記補正処理ステップにおいて前記複数の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを前記レベル比較結果に基づいて更新する補正パラメータ更新ステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の無指向性マイクロホンユニット間の低域で生じるレベル差及び位相差を補正し、指向性を改善し、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】特許文献１に開示された指向性マイクロホン装置の構成を示す図
【図２】特許文献２に開示された指向性マイクロホン装置の構成を示す図
【図３】特許文献３に開示された指向性マイクロホン装置の構成を示す図
【図４】図３に示した指向性マイクロホン装置における係数生成部において生成される高域通過フィルタの係数のイメージ図
【図５】本発明の実施の形態１に係る指向性マイクロホン装置の構成を示す図
【図６】図５に示した補正処理部の内部構成を示す図
【図７】図５に示した指向性合成部の内部構成を示す図
【図８】図５に示したレベル差算出部の内部構成を示す図
【図９】図８に示した第１の周波数分析部の内部構成を示す図
【図１０】ＩＩＲフィルタで構成したバンドパスフィルタの振幅周波数特性を示す図
【図１１】空気漏れが無い無指向性マイクロホンユニットの構造を示す図
【図１２】空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットの構造を示す図
【図１３】空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットをデジタルフィルタで模擬した構成を示す図
【図１４】空気漏れが無い無指向性マイクロホンユニットと、空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットの周波数特性の実測値を示す図
【図１５】図１４の周波数特性を模擬した図１３のデジタルフィルタによる計算値を示す図
【図１６】第２の１次ＩＩＲフィルタの振幅周波数特性及び位相周波数特性を示す図
【図１７】第２の１次ＩＩＲフィルタの振幅周波数特性及び位相周波数特性を示す図
【図１８】図８に示した第１の周波数分析部の他の内部構成を示す図
【図１９】本発明の実施の形態２に係る指向性マイクロホン装置の構成を示す図
【図２０】図１９に示したレベル差算出部の内部構成を示す図
【図２１】図２０に示した第１の周波数分析部の内部構成を示す図
【図２２】ＩＩＲフィルタで構成した第１のバンドパスフィルタの振幅周波数特性を示す図
【図２３】図２０に示した第１の周波数分析部の他の内部構成を示す図
【図２４】本発明の実施の形態３に係る指向性マイクロホン装置の構成を示す図
【図２５】図２４に示したレベル比較部の内部構成を示す図
【図２６】本発明の実施の形態４に係る指向性マイクロホン装置の構成を示す図
【図２７】１００Ｈｚ近傍のレベル差−|ΔＬｘ（ｔ）|とカットオフ周波数との関係を示す図
【図２８】実際の無指向性マイクロホンユニットの収録データを用いた本発明の指向性マイクロホン装置による計算機シミュレーション結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
（実施の形態１）
図５は、本発明の実施の形態１に係る指向性マイクロホン装置の構成を示す図である。以下、図５を用いて指向性マイクロホン装置の構成について説明する。
【００２４】
第１の無指向性マイクロホンユニット１０１、及び、第２の無指向性マイクロホンユニット１０２は、互いに間隔ｄだけ離して、ビデオカメラや補聴器等の機器に内蔵されている。なお、間隔ｄは、必要とする周波数帯域や設置スペースの制約によって決定される任意の値である。ここでは、周波数帯域の観点からｄ＝５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の範囲を考える。第１の無指向性マイクロホンユニット１０１は、第１の信号ｘ１（ｔ）を補正処理部１０３及びレベル差算出部１０５にそれぞれ出力する。また、第２の無指向性マイクロホンユニット１０２は、第２の信号ｘ２（ｔ）を補正処理部１０３及びレベル差算出部１０５にそれぞれ出力する。
【００２５】
補正処理部１０３は、後述する補正パラメータ算出部１０６にて算出された補正パラメータを用いて、２個の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差と位相差とを同時に補正する。具体的には、補正処理部１０３は、図６に示す構成を備えており、第１の１次ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタ２０１が第１の信号ｘ１（ｔ）を入力とし、第１のフィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）を出力する。また、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２が第２の信号ｘ２（ｔ）を入力とし、第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）を出力する。補正パラメータ算出部１０６が算出する補正パラメータは、第１の１次ＩＩＲフィルタの係数ｂ１０（ｔ）、ｂ１１（ｔ）、ａ１１（ｔ）、及び、第２の１次ＩＩＲフィルタの係数ｂ２０（ｔ）、ｂ２１（ｔ）、ａ２１（ｔ）である。レベル差及び位相差が補正された第１のフィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）と第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）は、指向性合成部１０４に出力される。
【００２６】
なお、フィルタ係数の切り替わりによる音質劣化の影響を避けるため、式（１）によってスムージングを行う場合がある。
【数１】
2012001898.tif 000003
【００２７】
式（１）において、補正パラメータ算出部１０６で算出される係数は、ｂ１０’（ｔ）、ｂ１１’（ｔ）、ａ１１’（ｔ）、ｂ２０’（ｔ）、ｂ２１’（ｔ）、ａ２１’（ｔ）となる。ただし、γは時定数であり、０≦γ＜１の値をとる。
【００２８】
指向性合成部１０４は、図７に示すように、左側指向性合成部３０１と右側指向性合成部３０２とを備える。指向性合成部１０４は、補正処理部１０３から出力された第１のフィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）及び第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）を用いて、指向性合成を行う。
【００２９】
左側指向性合成部３０１は、第１の遅延器３０３、第２の遅延器３０４、減算器３０５、ＥＱ（Equalizer）３０６を備え、図５におけるＬ方向に指向性を形成する。
【００３０】
第１の遅延器３０３は、第１のフィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）を入力し、第２の遅延器３０４は、第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）を入力とする。第１の遅延器３０３と第２の遅延器３０４の係数は、図５におけるＲ方向から到来する音波に対する第１のフィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）と第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）とが、例えば同相となるように、それぞれ設計される。具体的には、第１の遅延器３０３と第２の遅延器３０４の係数は、第１のフィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）に対して、第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）が、相対的にｄ／ｃ［ｓ］遅れるように、それぞれ設計される。なお、ｄは、マイク間隔［ｍ］、ｃは音速［ｍ／ｓ］である。
【００３１】
減算器３０５は、第１の遅延器３０３の出力から第２の遅延器３０４の出力を差し引き、Ｒ方向に指向性の死角、すなわち、相対的にＬ方向に指向性の感度が高い信号を得る。減算器３０５の出力信号は、Ｌ方向について原理的に周波数が低くなるにつれて−６ｄＢ／Ｏｃｔａｖｅの傾斜のある振幅周波数特性となるため、振幅周波数特性が平坦となるようＥＱ３０６が減算器３０５の出力信号の補正を行う。
【００３２】
右側指向性合成部３０２は、図５におけるＲ方向に指向性を形成する。右側指向性合成部３０２は、左側指向性合成部３０１と入力信号が異なるのみで、同一構成及び同一動作であるため、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
レベル差算出部１０５は、図８に示すように、第１の周波数分析部４０１、第２の周波数分析部４０２、帯域レベル差算出部４０３を備える。レベル差算出部１０５は、第１の無指向性マイクロホンユニット１０１にて得られた第１の信号ｘ１（ｔ）と、第２の無指向性マイクロホンユニット１０２にて得られた第２の信号ｘ２（ｔ）とのレベル差を算出する。レベル差は、マイクロホンユニット背面のカシメ部の隙間からの空気漏れ等の影響により、マイクロホンユニット間のレベル差及び位相差の生じやすい２００Ｈｚ付近より低い任意の周波数帯域について算出する。
【００３４】
第１の周波数分析部４０１は、図９に示すように、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５０１、帯域レベル算出部５０２を備える。第１の周波数分析部４０１は、第１の無指向性マイクロホンユニット１０１にて得られた第１の信号ｘ１（ｔ）の第１の帯域レベルＬｘ１（ｔ）を算出し、帯域レベル差算出部４０３に出力する。
【００３５】
バンドパスフィルタ５０１は、ＩＩＲフィルタ又はＦＩＲフィルタで構成され、補正パラメータ算出部１０６における補正パラメータの算出に必要なレベル差を算出するための帯域信号を抽出する。すなわち、バンドパスフィルタ５０１は、第１の信号ｘ１（ｔ）の帯域制限を行い、第１の帯域信号ｘ１ＢＰＦ（ｔ）を帯域レベル算出部５０２に出力する。図１０は、ＩＩＲフィルタで構成した中心周波数１００Ｈｚのバンドパスフィルタ５０１の振幅周波数特性の一例を示す。
【００３６】
帯域レベル算出部５０２は、バンドパスフィルタ５０１から出力された第１の帯域信号ｘ１ＢＰＦ（ｔ）を用いて、第１の帯域レベルＬｘ１（ｔ）［ｄＢ］を算出する。式（２）は、Ｌｘ１（ｔ）の算出式の一例である。
【数２】
2012001898.tif 000004
【００３７】
式（２）において、τは時定数であり、０≦τ＜１の値をとる。
【００３８】
第２の周波数分析部４０２は、第２の無指向性マイクロホンユニット１０２にて得られた第２の信号ｘ２（ｔ）の第２の帯域レベルＬｘ２（ｔ）を算出し、帯域レベル差算出部４０３に出力する。第２の周波数分析部４０２は、第１の周波数分析部４０１と入力信号が異なるのみで、同一構成及び同一動作であるため、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
帯域レベル差算出部４０３は、第１の周波数分析部４０１から出力された第１の帯域レベルＬｘ１（ｔ）と、第２の周波数分析部４０２から出力された第２の帯域レベルＬｘ２（ｔ）とのレベル差ΔＬｘ（ｔ）を算出する。次に、帯域レベル差算出部４０３は、算出したレベル差ΔＬｘ（ｔ）を補正パラメータ算出部１０６に出力する。式（３）は、レベル差ΔＬｘ（ｔ）［ｄＢ］の算出式の一例である。
【数３】
2012001898.tif 000005
【００４０】
補正パラメータ算出部１０６は、レベル差算出部１０５から出力されたレベル差ΔＬｘ（ｔ）に基づいて、２個の無指向性マイクロホンユニット間に存在する低域のレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを算出する。補正パラメータ算出部１０６は、算出した補正パラメータを補正処理部１０３に出力する。
【００４１】
ここでは、補正処理部１０３を構成する１次ＩＩＲフィルタによって、２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差と位相差との同時補正が可能な仮説について説明する。
【００４２】
まず、次の説明は、無指向性マイクロホンユニットの構造とその等価回路を用いて、無指向性マイクロホンユニット背面のカシメ部の隙間からの空気漏れの現象について解析する。
【００４３】
図１１Ａは、空気漏れが無い無指向性マイクロホンユニットの構造を示す図である。無指向性マイクロホンユニットは、音孔７０１から音波の音圧を受けて振動する振動膜７０２と、背極７０４と、背極７０４を支える絶縁物７０５とを備えている。また、背極７０４は、振動膜７０２の背後に数１０〜１００μｍ程度の一様な空気層（薄空気層７０３）を隔て、振動膜７０２と平行に対向してキャパシタンスが形成される。また、無指向性マイクロホンユニットは、背極７０４と絶縁物７０５とによって、振動膜７０２の裏側が密閉されている。
【００４４】
ただし、無指向性マイクロホンユニットは、大気圧の変化によって振動膜７０２の位置が偏らないように、振動膜７０２の両面の気圧を平衡させるための背部気室７０６と、背部気室７０６に通ずる漏れ孔７０７とが設けてある。
【００４５】
背極７０４の表面はエレクトレット膜が貼り付けられ、無指向性マイクロホンユニットは、振動膜７０２と背極７０４との間に強い直流電界を作る。このことにより、無指向性マイクロホンユニットは、振動膜７０２の振動に応じて両者間の間隔（キャパシタンス）が変化し、音圧の変化に比例した電気信号が得られる。
【００４６】
図１１Ｂは、図１１Ａに示した無指向性マイクロホンユニットの等価回路を簡略化して示す。振動膜７０２に加わる力は、振動膜７０２に加わる音圧をｐ、振動膜７０２の有効面積をＳとするとｐ・Ｓである。図１１Ｂにおいて、Ｓ０は振動膜７０２のスティフネス、Ｍ０は振動膜７０２の質量、Ｒ０は薄空気層７０３の粘性抵抗、Ｓ１は背部気室７０６のスティフネスである。
【００４７】
一方、図１２Ａは、空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットの構造を示す図である。空気漏れが有る場合、振動膜７０２には、音孔７０１からの音波による音圧以外に、背面からカシメ部７０８の隙間により形成された気道８０１からの音波による音圧が加わる。
【００４８】
図１２Ｂは、図１２Ａに示した無指向性マイクロホンユニットの等価回路を簡略化して示す。図１２Ｂの等価回路が図１１Ｂの等価回路と異なる点は、次に示す２点である。一つめの異なる点は、カシメ部７０８の隙間に力ｐ・Ｓ・ｅｘｐ（−ｊ・ｋ・ｄ・ｃｏｓθ）が加わる点である。ただし、−ｊ・ｋ・ｄ・ｃｏｓθは、位相遅れを意味する。また、ｋは波数（＝２π／波長）、ｄ・ｃｏｓθは音孔７０１から振動膜７０２に到達する音波との距離差を示す。２つめの異なる点は、カシメ部７０８の隙間から振動膜７０２の背面までの気道８０１の等価抵抗Ｒ２が設けられた点である。
【００４９】
図１２Ｂより、カシメ部７０８の隙間から振動膜７０２の背面に到達する音波は、気道８０１の等価抵抗Ｒ２と背部気室７０６のスティフネスＳ１により形成される１次低域通過フィルタを通ると考えられる。振動膜７０２は、音孔７０１からの音波とカシメ部７０８の隙間からの１次低域通過フィルタを通った音波により駆動される。また、無指向性マイクロホンユニットの出力は、その音圧差が電気信号に変換されたものとなる。
【００５０】
よって、図１１Ｂと図１２Ｂとを比較すると、空気漏れが有る場合の出力信号は、音孔７０１からの音波（平坦な周波数特性と仮定）と、カシメ部７０８の隙間からの１次低域通過特性を有する音波との差分である１次高域通過特性となる。このことから、空気漏れが有る場合は、空気漏れが無いユニットに対して低域のレベルが低下し、位相が遅れた特性となると考えられる。
【００５１】
図１３は、この１次高域通過特性となる空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットを、デジタルフィルタで模擬した構成を示す。図１３において、第１の信号線９０１は、音孔７０１から振動膜７０２への音波の経路、第２の信号線９０２はカシメ部７０８の隙間から振動膜７０２への音波の経路（１次低域通過フィルタを有す）にそれぞれ相当する。また、図１３において、減算器９０３は振動膜７０２に相当する。すなわち、デジタルフィルタで模擬した構成では、音孔７０１からの音波とカシメ部７０８の隙間からの音波との振動膜７０２での音圧差が出力信号となる。このため、デジタルフィルタで模擬した構成は、第１の信号線９０１における信号から第２の信号線９０２における信号を減算器９０３で差し引く構成としている。
【００５２】
次の説明は、無指向性マイクロホンユニットの実測値と図１３に示したデジタルフィルタを用いて、計算機シミュレーションを行った計算値との比較を行う。
【００５３】
図１４は、空気漏れが無い無指向性マイクロホンユニットと、空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットの周波数特性の実測値の一例を示す。図１４Ａは、２個の無指向性マイクロホンユニットそれぞれの振幅周波数特性を示し、実線は空気漏れが無い無指向性マイクロホンユニットの特性を、点線は空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットの特性をそれぞれ示している。図１４Ａに示すように、空気漏れが有るユニットは空気漏れが無いユニットに比べて、低域のレベルが低下していることが確認できる。図１４Ｂは、空気漏れが無い無指向性マイクロホンユニットの基準に対して、２個の無指向性マイクロホンユニット間の位相差の周波数特性を示す。図１４Ｂに示すように、空気漏れが有るユニットは、低域の位相が遅れていることが確認できる。
【００５４】
図１５は、図１４の周波数特性を模擬した図１３のデジタルフィルタによる計算値である。図１５Ａにおいて、実線は図１３に示した信号線９０１のみの特性（空気漏れが無いユニットに相当）を、点線は減算器９０３の出力の特性をそれぞれ示す。図１４及び図１５に示すように、至極低域では、実測誤差等の影響により実測値と計算値とに差があるものの概ね良い対応が取れていることが確認できる。
【００５５】
なお、振幅周波数特性は、ローカットフィルタを掛けた特性である。
【００５６】
以上のことから、２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差と位相差との同時補正は、実現可能であることを説明した。具体的には、低域のレベル差と位相差との同時補正は、空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットからの信号に、図１３のデジタルフィルタと逆特性を有する１次ＩＩＲフィルタを掛けることにより実現が可能であると考えられる。補正パラメータ算出部１０６では、図１３のデジタルフィルタと逆特性を有する１次ＩＩＲフィルタの係数を算出する。
【００５７】
次は、上述した仮説を踏まえ、補正パラメータ算出部１０６の動作について説明する。補正パラメータ算出部１０６は、２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差と位相差とを同時補正する１次ＩＩＲフィルタの係数を算出する。具体的には、補正パラメータ算出部１０６は、補正処理部１０３を構成する第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１の係数と、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２の係数のうち、ｂ１１（ｔ）、ａ１１（ｔ）、ｂ２１（ｔ）、ａ２１（ｔ）を算出する。なお、次の係数は、ｂ１０（ｔ）＝ｂ２０（ｔ）＝１とする。
【００５８】
フィルタ係数の算出は、レベル差算出部１０５で算出されたレベル差ΔＬｘ（ｔ）のみに基づいて行われる。空気漏れの有無、または空気漏れの大小に起因する２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差と位相差との間には、一対一の対応関係がある。このため、補正パラメータ算出部１０６は、レベル差のみに基づいて算出したフィルタ係数で、レベル差と位相差の同時補正を行う係数を算出することができる。ちなみに、実施の形態１は、空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットに対して補正を行う構成である。
【００５９】
レベル差ΔＬｘ（ｔ）が閾値Ｌｔｈ１（Ｌｔｈ１≦０）［ｄＢ］以下（つまり、ΔＬｘ（ｔ）≦Ｌｔｈ１）の場合は、第１の信号ｘ１（ｔ）を補正するために、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１の係数ｂ１１（ｔ）、ａ１１（ｔ）を算出する。一方、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２は、スルーとするために、ｂ２１（ｔ）＝ａ２１（ｔ）＝０とする。
【００６０】
レベル差ΔＬｘ（ｔ）が閾値Ｌｔｈ２（Ｌｔｈ２≧０）［ｄＢ］以上（つまり、ΔＬｘ（ｔ）≧Ｌｔｈ２）の場合は、第２の信号ｘ２（ｔ）を補正するために、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２の係数ｂ２１（ｔ）、ａ２１（ｔ）を算出する。一方、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１は、スルーとするために、ｂ１１（ｔ）＝ａ１１（ｔ）＝０とする。
【００６１】
レベル差ΔＬｘ（ｔ）が閾値Ｌｔｈ１より大きく、かつ、閾値Ｌｔｈ２より小さい場合、すなわち、Ｌｔｈ１＜ΔＬｘ（ｔ）＜Ｌｔｈ２の場合は、２個の無指向性マイクロホンユニット間にレベル差はない。換言すれば、２個の無指向性マイクロホンユニットのレベル及び位相はほぼ揃っていると判断できる。よって、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１及び第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２は、共にスルーとするために、ｂ１１（ｔ）＝ａ１１（ｔ）＝０、ｂ２１（ｔ）＝ａ２１（ｔ）＝０とする。
【００６２】
ここでは、フィルタ係数の算出方法について、ΔＬｘ（ｔ）≧Ｌｔｈ２の場合、すなわち、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２の係数ｂ２１（ｔ）、ａ２１（ｔ）を算出する場合を例にして説明する。
【００６３】
まず、ａ２１（ｔ）が設定される。具体的には、ａ２１（ｔ）＝−１とすると、計算上は理想的な振幅周波数特性及び位相周波数特性を得ることができるが、発振してしまう。このため、ａ２１（ｔ）は、−１より少し大きい任意の値に設定される。実用上は、必要周波数帯域の低域限界によって値を設定することになる。
【００６４】
次に、ｂ２１（ｔ）が算出される。ｂ２１（ｔ）はレベル差ΔＬｘ（ｔ）に基づいて算出されることにより、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２は、レベル差ΔＬｘ（ｔ）に応じた振幅周波数特性、及び位相周波数特性を有するものとなる。式（４）は、ｂ２１（ｔ）の算出式の一例である。
【数４】
2012001898.tif 000006
【００６５】
図１６及び図１７は、一例として、ａ２１（ｔ）＝−０．９９８とした場合に、式（４）に基づいて、実験的に算出したｂ２１（ｔ）を用いた第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２の振幅周波数特性及び位相周波数特性を示す。図１６は|ΔＬｘ（ｔ）|＝１［ｄＢ］の場合を示し、図１７は|ΔＬｘ（ｔ）|＝３［ｄＢ］の場合を示す。図１６Ａ及び図１７Ａは振幅周波数特性を示し、図１６Ｂ及び図１７Ｂは位相周波数特性を示す。また、図１６及び図１７において、実線は式（４）に基づいて実験的に算出したｂ２１（ｔ）を用いて算出した特性を示し、点線は理想特性を示す。ここで、理想特性はａ２１（ｔ）＝−１（実用上は発振する）として算出したものである。図１６及び図１７に示すように、本算出方法で得られる特性は、実用上指向性が必要と思われる２００Ｈｚ付近より高い周波数帯域において理想特性とほぼ同等の特性が得られることが確認できる。
【００６６】
もちろん、ΔＬｘ（ｔ）≦Ｌｔｈ１の場合は、同様の方法で第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１の係数ｂ１１（ｔ）、ａ１１（ｔ）を算出すればよい。
【００６７】
このように本実施の形態は、空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットが１次高域通過特性となること、空気漏れが有る／無い２つの無指向性マイクロホンユニットとの低域のレベル差と位相差とが一対一に対応することを利用した。さらに、本実施の形態は、２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差に基づいて、補正処理を行う１次ＩＩＲフィルタの係数を算出する。これにより、本実施の形態は、２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差と位相差とを同時に補正することができ、少ない演算量で指向性の劣化を抑えることができる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、無指向性マイクロホンユニット数が２個の場合を例に説明したが、３個以上の無指向性マイクロホンユニットを用いてもよい。この場合は、帯域レベルの最も高い無指向性マイクロホンユニットを基準に算出した各無指向性マイクロホンユニットとのレベル差に基づいて、上記と同様の方法で補正パラメータを算出すればよい。
【００６９】
また、本実施の形態では、図８に示した周波数分析部４０１がバンドパスフィルタ５０１及び帯域レベル算出部５０２を備える構成について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、本実施の形態では、図１８に示すように、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１４０１、帯域レベル算出部１４０２を備えるようにしてもよい。以下、この構成について簡単に説明する。
【００７０】
ＦＦＴ部１４０１は、ＦＦＴ長をＮとした場合、第１の信号ｘ１（ｔ）をＮサンプル蓄積し、Ｎサンプルに１回（フレーム長：Ｎ、オーバーラップ率：０％）ＦＦＴ演算を行い、第１の複素信号Ｘ１（ω）を算出する。算出された複素信号Ｘ１（ω）は帯域レベル算出部１４０２に出力される。
【００７１】
なお、ＦＦＴ演算を行う前に、第１の信号ｘ１（ｔ）をＮサンプル蓄積した信号に対してハニング窓等の窓掛け処理を行う場合がある。また、窓掛け処理やＦＦＴ演算を、例えばｎ／２サンプルに１回、すなわち、フレーム長：Ｎ、オーバーラップ率：５０％として行う場合がある。
【００７２】
帯域レベル算出部１４０２は、ＦＦＴ部１４０１から出力された１つ以上の第１の複素信号Ｘ１（ω）を用いて、第１の帯域レベルＬｘ１（ｔ）を算出する。式（５）は、Ｌｘ１（ｔ）の算出式の一例である。
【数５】
2012001898.tif 000007
【００７３】
式（５）において、τは、時定数であり、０≦τ＜１の値をとる。また、ω０は下限周波数ポイントの番号、ω１は上限周波数ポイントの番号、Δωは帯域幅であり、Δω＝ω１−ω０＋１である。サンプリング周波数を４８ｋＨｚ、ＦＦＴ長を４０９６、レベルを算出する帯域を例えば１００Ｈｚ近傍とした場合、パラメータωは、ω０＝８（９３．７５Ｈｚ）、ω１＝９（１０５．４６８７５Ｈｚ）、Δω＝２となる。
【００７４】
（実施の形態２）
図１９は、本発明の実施の形態２に係る指向性マイクロホン装置の構成を示す図である。図１９が図５と異なる点は、レベル差算出部１０５をレベル差算出部１５０１に変更した点、補正パラメータ算出部１０６を補正パラメータ算出部１５０２に変更した点、である。
【００７５】
レベル差算出部１５０１は、図２０に示すように、第１の周波数分析部１６０１、第２の周波数分析部１６０２、基準レベル差算出部１６０３、低域レベル差算出部１６０４を備える。レベル差算出部１５０１は、第１の無指向性マイクロホンユニット１０１にて得られた第１の信号ｘ１（ｔ）と、第２の無指向性マイクロホンユニット１０２にて得られた第２の信号ｘ２（ｔ）とを入力する。次に、レベル差算出部１５０１は、第１の信号ｘ１（ｔ）と、第２の信号ｘ２（ｔ）との少なくとも２つの周波数帯域のレベル差を算出する。具体的には、１つ目のレベル差は、無指向性マイクロホンユニットの定格感度レベルの測定等に用いられている１ｋＨｚ近傍の周波数帯域のレベル差を算出する。２つ目のレベル差は、マイクロホンユニット背面のカシメ部の隙間からの空気漏れ等の影響により、マイクロホンユニット間のレベル差及び位相差の生じやすい２００Ｈｚ付近より低い任意の周波数帯域のレベル差を算出する。
【００７６】
第１の周波数分析部１６０１は、図２１に示すように、第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７０１、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７０２、基準レベル算出部１７０３、及び、低域レベル算出部１７０４を備える。第１の周波数分析部１６０１は、第１の無指向性マイクロホンユニット１０１にて得られた第１の信号ｘ１（ｔ）に対して、第１の基準レベルＬｘ１Ｓ（ｔ）及び第１の低域レベルＬｘ１Ｌ（ｔ）を算出する。算出された第１の基準レベルＬｘ１Ｓ（ｔ）は、基準レベル差算出部１６０３に出力される。また、第１の低域レベルＬｘ１Ｌ（ｔ）は、低域レベル差算出部１６０４に出力される。
【００７７】
第１のバンドパスフィルタ１７０１は、ＩＩＲフィルタ又はＦＩＲフィルタで構成され、２個の無指向性マイクロホンユニット間のレベル調整のため１ｋＨｚ近傍の帯域信号を抽出する。すなわち、第１のバンドパスフィルタ１７０１は、第１の信号ｘ１（ｔ）の帯域制限を行い、第１の基準信号ｘ１Ｓ（ｔ）を基準レベル算出部１７０３に出力する。図２２は、ＩＩＲフィルタで構成した第１のバンドパスフィルタ１７０１の振幅周波数特性の一例を示す。
【００７８】
第２のバンドパスフィルタ１７０２は、ＩＩＲフィルタ又はＦＩＲフィルタで構成され、補正パラメータの算出に必要なレベル差を算出するための帯域信号を抽出する。すなわち、第２のバンドパスフィルタ１７０２は、第１の信号ｘ１（ｔ）の帯域制限を行い、第１の低域信号ｘ１Ｌ（ｔ）を低域レベル算出部１７０４に出力する。なお、第２のバンドパスフィルタ１７０２の構成及び動作は、図９に示したバンドパスフィルタ５０１と同じである。
【００７９】
基準レベル算出部１７０３は、第１のバンドパスフィルタ１７０１から出力された第１の基準信号ｘ１Ｓ（ｔ）を用いて、第１の基準レベルＬｘ１Ｓ（ｔ）を算出し、基準レベル差算出部１６０３に出力する。第１の基準レベルＬｘ１Ｓ（ｔ）の算出は、例えば、式（２）に従って行われる。
【００８０】
低域レベル算出部１７０４は、第２のバンドパスフィルタ１７０２から出力された第１の低域信号ｘ１Ｌ（ｔ）を用いて、第１の低域レベルＬｘ１Ｌ（ｔ）を算出し、低域レベル差算出部１６０４に出力する。第１の低域レベルＬｘ１Ｌ（ｔ）の算出は、例えば、式（２）に従って行われる。
【００８１】
第２の周波数分析部１６０２は、第２の無指向性マイクロホンユニット１０２にて得られた第２の信号ｘ２（ｔ）に対して、第２の基準レベルＬｘ２Ｓ（ｔ）及び第２の低域レベルＬｘ２Ｌ（ｔ）を算出する。第２の周波数分析部１６０２は、第１の周波数分析部１６０１と入力信号が異なるのみで、同一構成及び同一動作であるため、その詳細な説明を省略する。
【００８２】
基準レベル差算出部１６０３は、第１の周波数分析部１６０１から出力された第１の基準レベルＬｘ１Ｓ（ｔ）と、第２の周波数分析部１６０２から出力された第２の基準レベルＬｘ２Ｓ（ｔ）との基準レベル差ΔＬｘＳ（ｔ）を算出する。基準レベル差算出部１６０３は、算出した基準レベル差ΔＬｘＳ（ｔ）を、補正パラメータ算出部１５０２及び低域レベル差算出部１６０４に出力する。式（６）は、基準レベル差ΔＬｘＳ（ｔ）［ｄＢ］の算出式の一例である。
【数６】
2012001898.tif 000008
【００８３】
低域レベル差算出部１６０４は、第１の周波数分析部１６０１から出力された第１の低域レベルＬｘ１Ｌ（ｔ）と、第２の周波数分析部１６０２から出力された第２の低域レベルＬｘ２Ｌ（ｔ）との低域レベル差ΔＬｘＬ（ｔ）を算出する。低域レベル差を算出する際、低域レベル差算出部１６０４は、基準レベル差算出部１６０３から出力された基準レベル差ΔＬｘＳ（ｔ）を用いて、低域レベル差ΔＬｘＬ（ｔ）の補正を行う。式（７）は、低域レベル差ΔＬｘＬ（ｔ）の算出式の一例である。
【数７】
2012001898.tif 000009
【００８４】
補正パラメータ算出部１５０２は、第１の無指向性マイクロホンユニット１０１と、第２の無指向性マイクロホンユニット１０２との間に存在するレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを算出し、補正処理部１０３に出力する。
【００８５】
具体的には、補正パラメータ算出部１５０２は、低域レベル差ΔＬｘＬ（ｔ）に基づいて、補正パラメータ算出部１０６と同様の処理により、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１及び第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２のフィルタ係数を算出する。算出するフィルタ係数は、ｂ１０（ｔ）（＝１）、ｂ１１（ｔ）、ａ１１（ｔ）、ｂ２０（ｔ）（＝１）、ｂ２１（ｔ）、ａ２１（ｔ）である。
【００８６】
次に、補正パラメータ算出部１５０２は、第２の１次ＩＩＲフィルタの係数のうち、ｂ２０（ｔ）、ｂ２１（ｔ）のそれぞれに基準レベル差ΔＬｘＳ（ｔ）をリニア値に変換した値を乗じ、乗算結果をｂ２０（ｔ）、ｂ２１（ｔ）に再代入する。式（８）は、ｂ２０（ｔ）、ｂ２１（ｔ）の算出式の一例である。
【数８】
2012001898.tif 000010
【００８７】
このように実施の形態２は、定格感度レベルの測定に使用する１ｋＨｚ近傍の信号に基づいて、２個の無指向性マイクロホンユニット間のレベルを調整するようにした。このことにより、本実施の形態では、一般に無指向性マイクロホンユニットに存在しうる数ｄＢの感度偏差を補正することが可能となった。また、本実施の形態では、比較的定格感度の偏差が大きいマイクロホンユニットを使用する場合や、経年変化等によりマイクロホンユニットの感度が変化した場合においても指向性の劣化を抑えることができる。
【００８８】
なお、本実施の形態では、図２０に示した第１の周波数分析部１６０１が第１のバンドパスフィルタ１７０１、第２のバンドパスフィルタ１７０２、基準レベル算出部１７０３及び低域レベル算出部１７０４を備える構成について説明した。なお、本発明は、これに限らず、例えば、図２３に示すように、第１の周波数分析部１６０１がＦＦＴ部１９０１、基準レベル算出部１９０２及び低域レベル算出部１９０３を備えるようにしてもよい。以下、この構成について簡単に説明する。
【００８９】
ＦＦＴ部１９０１は、ＦＦＴ長をＮとした場合、第１の信号ｘ１（ｔ）をＮサンプル蓄積し、Ｎサンプルに１回（フレーム長：Ｎ、オーバーラップ率：０％）ＦＦＴ演算を行い、第１の複素信号Ｘ１（ω）を算出する。算出された複素信号Ｘ１（ω）は、基準レベル算出部１９０２及び低域レベル算出部１９０３に出力される。なお、ＦＦＴ部１９０１の構成及び動作は、ＦＦＴ部１４０１と同じである。
【００９０】
基準レベル算出部１９０２は、ＦＦＴ部１９０１から出力された１つ以上の第１の複素信号Ｘ１（ω）を用いて、２個の無指向性マイクロホンユニット間のレベル調整のため１ｋＨｚ近傍の第１の基準レベルＬｘ１Ｓ（ｔ）を算出する。Ｌｘ１Ｓ（ｔ）の算出は、例えば、式（５）に従って行われる。
【００９１】
式（５）において、サンプリング周波数を４８ｋＨｚ、ＦＦＴ長を４０９６とした場合、パラメータωは、ω０＝７６（８９０．６２５Ｈｚ）、ω１＝８８（１０３１．２５Ｈｚ）、Δω＝１３等に設定する。
【００９２】
低域レベル算出部１９０３は、ＦＦＴ部１９０１から出力された１つ以上の第１の複素信号Ｘ１（ω）を用いて、第１の低域レベルＬｘ１Ｌ（ｔ）を算出する。Ｌｘ１Ｌ（ｔ）の算出は、例えば、式（５）従って行われる。
【００９３】
式（５）において、サンプリング周波数を４８ｋＨｚ、ＦＦＴ長を４０９６とした場合、パラメータωは、ω０＝８（９３．７５Ｈｚ）、ω１＝９（１０５．４６８７５Ｈｚ）、Δω＝２等に設定される。
【００９４】
（実施の形態３）
図２４は、本発明の実施の形態３に係る指向性マイクロホン装置の構成を示す図である。図２４が図５と大きく異なる点は、第１及び第２の無指向性マイクロホンユニットからの信号ではなく、補正処理部１０３の出力信号を用いて補正処理部１０３の補正パラメータを更新している点である。具体的には、第１の変更点は、第１及び第２の無指向性マイクロホンユニットからの信号のレベル差を算出するレベル差算出部１０５を、補正処理部１０３の出力信号のレベルを比較するレベル比較部２００１に変更した点である。また、第２の変更点は、レベル差を用いて補正パラメータを算出する補正パラメータ算出部１０６を、レベルの比較結果を用いて補正パラメータを更新する補正パラメータ更新部２００２に変更した点である。
【００９５】
補正処理部１０３は、第１の無指向性マイクロホンユニット１０１からの第１の信号ｘ１（ｔ）と、第２の無指向性マイクロホンユニット１０２からの第２の信号ｘ２（ｔ）とをそれぞれ入力する。
【００９６】
補正処理部１０３は、後述する補正パラメータ更新部２００２にて更新された補正パラメータを用いて、２個の無指向性マイクロホンユニット間のレベル差と位相差とを同時に補正する。レベル差及び位相差が補正された第１のフィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）と第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）は、指向性合成部１０４及びレベル比較部２００１にそれぞれ出力される。その他の構成、動作は、実施の形態１記載と同じであるため、その詳細な説明を省略する。
【００９７】
レベル比較部２００１は、図２５に示すように、第１の周波数分析部２１０１、第２の周波数分析部２１０２、帯域レベル比較部２１０３を備える。レベル比較部２００１は、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１からの出力である第１のフィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）と、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０１からの出力である第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）とを入力する。レベル比較部２００１は、第１のフィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）と、第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）とのレベルを比較し、比較結果を補正パラメータ更新部２００２に出力する。レベルの比較は、マイクロホンユニット背面のカシメ部の隙間からの空気漏れ等の影響により、マイクロホンユニット間のレベル差及び位相差の生じやすい２００Ｈｚ付近より低い任意の周波数帯域について行う。
【００９８】
第１の周波数分析部２１０１は、第１のフィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）から第１の帯域レベルＬｘ１’（ｔ）を算出する。また、第２の周波数分析部２１０２は、第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）から第２の帯域レベルＬｘ２’（ｔ）を算出する。第１及び第２の周波数分析部２１０１、２１０２は、第１及び第２の周波数分析部４０１、４０２と入力信号が異なるのみで同じ構成であるため、これらの説明は省略する。
【００９９】
帯域レベル比較部２１０３は、第１の周波数分析部２１０１から出力された第１の帯域レベルＬｘ１’（ｔ）と、第２の周波数分析部２１０２から出力された第２の帯域レベルＬｘ２’（ｔ）とを比較し、その比較結果を出力する。帯域レベル比較部２１０３は、例えば、Ｌｘ１’（ｔ）＜Ｌｘ２’（ｔ）の場合、レベル比較結果として“１”を補正パラメータ更新部２００２に出力する。また、帯域レベル比較部２１０３は、Ｌｘ１’（ｔ）＞Ｌｘ２’（ｔ）の場合、レベル比較結果として“−１”を補正パラメータ更新部２００２に出力する。一方、帯域レベル比較部２１０３は、Ｌｘ１’（ｔ）≒Ｌｘ２’（ｔ）の場合、レベル比較結果として“０”を、補正パラメータ更新部２００２に出力する。
【０１００】
補正パラメータ更新部２００２は、２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差と位相差とを同時に補正する１次ＩＩＲフィルタの係数を更新する。具体的には、補正パラメータ更新部２００２は、補正処理部１０３を構成する第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１の係数と、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２の係数のうち、ｂ１１（ｔ）、ｂ２１（ｔ）のいずれかを更新する。なお、次の係数は、ｂ１０（ｔ）＝ｂ２０（ｔ）＝１とする。また、次の係数は、ａ１１（ｔ）＝ａ２１（ｔ）＝−０．９９８等の−１より少し大きい値とする。また、ｂ１１（ｔ）及びｂ２１（ｔ）は、スルーとするため、初期値にｂ１１（ｔ）＝ａ１１（ｔ）、ｂ２１（ｔ）＝ａ２１（ｔ）を設定する。
【０１０１】
補正パラメータ更新部２００２は、フィルタ係数の更新を、レベル比較部２００１の比較結果のみに基づいて行う。空気漏れの有無、または空気漏れの大小に起因する２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差と位相差との間には、一対一の対応関係がある。このため、補正パラメータ更新部２００２は、レベルの比較結果のみに基づいて更新したフィルタ係数で、レベル差と位相差の同時補正を行うように係数を更新することができる。ちなみに、実施の形態３は、空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットに対して補正を行う構成である。
【０１０２】
補正パラメータ更新部２００２は、レベル比較結果が“１”の場合は、第１の信号ｘ１（ｔ）を補正するために、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１の係数ｂ１１（ｔ）のみを更新する。式（９）は、ｂ１１（ｔ）の更新式の一例である。
【数９】
2012001898.tif 000011
【０１０３】
式（９）において、ｇは、更新量であり、例えばｇ＝１０＾（−２３）等の小さな正の値に設定する。
【０１０４】
補正パラメータ更新部２００２は、レベル比較結果が“−１”の場合は、第２の信号ｘ２（ｔ）を補正するために、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２の係数ｂ２１（ｔ）のみを更新する。式（１０）は、ｂ２１（ｔ）の更新式の一例である。
【数１０】
2012001898.tif 000012
【０１０５】
式（１０）において、ｇは、更新量であり、式（９）と同じ値である。
【０１０６】
補正パラメータ更新部２００２は、レベル比較結果が“０”の場合、２個の無指向性マイクロホンユニット間にレベル差はない。換言すれば、補正パラメータ更新部２００２は、２個の無指向性マイクロホンユニットのレベル及び位相はほぼ揃っていると判断でき、係数の更新は行わない。
【０１０７】
ここで、ｂ１１（ｔ）、或いはｂ２１（ｔ）の少なくともいずれか一方は、必ず初期値のままであることとする。
【０１０８】
このように本実施の形態は、２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベルの比較結果に基づいて、１次ＩＩＲフィルタの係数を更新する。すなわち、本実施の形態は、２個の無指向性マイクロホンユニット間のレベルの大小のみに基づいて、２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差がほぼ無くなるまで補正処理を行う。これにより、本実施の形態は、２個の無指向性マイクロホンユニット間の低域のレベル差と位相差とを同時に補正することができ、わずかな演算量で指向性の劣化を抑えることができる。
【０１０９】
なお、本実施の形態では、無指向性マイクロホンユニット数が２個の場合を例に説明したが、３個以上の無指向性マイクロホンユニットを用いてもよい。この場合は、帯域レベルの最も高い無指向性マイクロホンユニットを基準に、比較した各無指向性マイクロホンユニットとのレベル比較結果に基づいて、上記と同様の方法で補正パラメータを更新すればよい。
【０１１０】
（実施の形態４）
実施の形態１乃至実施の形態３では、空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットに対して補正を行う場合について説明した。本発明の実施の形態４では、空気漏れが無い無指向性マイクロホンユニットに対して補正を行う場合について説明する。
【０１１１】
図２６は、本発明の実施の形態４に係る指向性マイクロホン装置の構成を示す図である。図２６が図５と異なる点は、補正パラメータ算出部１０６を補正パラメータ算出部２２０１に変更した点、周波数特性補正部２２０２を追加した点、である。
【０１１２】
補正パラメータ算出部２２０１は、第１の無指向性マイクロホンユニット１０１と、第２の無指向性マイクロホンユニット１０２との間に存在するレベル差と位相差とを同時に補正する補正パラメータを算出し、補正処理部１０３に出力する。なお、補正パラメータ算出部２２０１は、補正パラメータ算出部１０６と同様、レベル差算出部１０５から出力されたレベル差ΔＬｘ（ｔ）に基づいて、補正パラメータを算出する。
【０１１３】
補正パラメータ算出部２２０１が補正パラメータ算出部１０６と異なる点は、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１及び第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２のフィルタ係数を算出する点と、これらフィルタ係数の算出方法である。なお、算出するフィルタ係数は、ｂ１０（ｔ）、ｂ１１（ｔ）、ａ１１（ｔ）、ｂ２０（ｔ）、ｂ２１（ｔ）、ａ２１（ｔ）である。
【０１１４】
レベル差ΔＬｘ（ｔ）が閾値Ｌｔｈ１（Ｌｔｈ１≦０）［ｄＢ］以下の場合、すなわち、ΔＬｘ（ｔ）≦Ｌｔｈ１の場合は、第２の信号ｘ２（ｔ）を補正するために、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２の係数を算出する。算出するフィルタ係数は、ｂ２０（ｔ）、ｂ２１（ｔ）、ａ２１（ｔ）である。一方、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１は、スルーとするために、フィルタ係数をｂ１０（ｔ）＝１、ｂ１１（ｔ）＝ａ１１（ｔ）＝０とする。
【０１１５】
レベル差ΔＬｘ（ｔ）が閾値Ｌｔｈ２（Ｌｔｈ２≧０）［ｄＢ］以上の場合、すなわち、ΔＬｘ（ｔ）≧Ｌｔｈ２の場合は、第１の信号ｘ１（ｔ）を補正するために、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１の係数を算出する。算出するフィルタ係数は、ｂ１０（ｔ）、ｂ１１（ｔ）、ａ１１（ｔ）である。一方、第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２は、スルーとするために、フィルタ係数をｂ２０（ｔ）＝１、ｂ２１（ｔ）＝ａ２１（ｔ）＝０とする。
【０１１６】
レベル差ΔＬｘ（ｔ）が閾値Ｌｔｈ１より大きく、かつ、閾値Ｌｔｈ２より小さい場合、すなわち、Ｌｔｈ１＜ΔＬｘ（ｔ）＜Ｌｔｈ２の場合は、２個の無指向性マイクロホンユニット間にレベル差はない。換言すれば、２個の無指向性マイクロホンユニットのレベル及び位相は、ほぼ揃っていると判断できる。よって、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１及び第２の１次ＩＩＲフィルタ２０２共にスルーとするために、フィルタ係数は、ｂ１０（ｔ）＝１、ｂ１１（ｔ）＝ａ１１（ｔ）＝０、ｂ２０（ｔ）＝１、ｂ２１（ｔ）＝ａ２１（ｔ）＝０とする。
【０１１７】
次に、補正パラメータ算出部２２０１におけるフィルタ係数算出方法について、ΔＬｘ（ｔ）≧Ｌｔｈ２の場合、すなわち、第１の１次ＩＩＲフィルタ２０１の係数ｂ１０（ｔ）、ｂ１１（ｔ）、ａ１１（ｔ）を算出する場合を例に説明する。
【０１１８】
まず、補正パラメータ算出部２２０１は、１００Ｈｚ近傍のレベル差ΔＬｘ（ｔ）に基づいて、１次高域通過特性のカットオフ周波数を推定する。図２７は、１００Ｈｚ近傍のレベル差−|ΔＬｘ（ｔ）|とカットオフ周波数との関係を示す。
【０１１９】
次に、補正パラメータ算出部２２０１は、推定されたカットオフ周波数に基づいた一般的なデジタルフィルタの係数算出手法を用いて、１次高域通過フィルタの係数を算出する。具体的には、補正パラメータ算出部２２０１は、例えば、バタワース特性を有する１次高域通過フィルタの係数ｂ１０（ｔ）、ｂ１１（ｔ）、ａ１１（ｔ）を算出する。
【０１２０】
補正パラメータ算出部２２０１は、空気漏れが無い無指向性マイクロホンユニットのレベル及び位相を、空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットのレベル及び位相に合わせる補正パラメータを算出する。このため、補正後の振幅周波数特性は、空気漏れが無い本来の無指向性マイクロホンユニットに対し低域が下がった特性となる。
【０１２１】
周波数特性補正部２２０２は、ＩＩＲフィルタ又はＦＩＲフィルタで構成され、補正処理部１０３から出力された第１フィルタ出力信号ｘ１’（ｔ）、及び第２のフィルタ出力信号ｘ２’（ｔ）の低域下がりの振幅周波数特性を補正する。
【０１２２】
なお、本実施の形態では、指向性合成部１０４の構成要素であるＥＱ３０６に、周波数特性補正部２２０２の処理を含めてもよい。また、周波数特性補正部２２０２は、必要に応じて任意の周波数特性を実現する目的で使用されてもよい。
【０１２３】
このように実施の形態４は、レベル差と位相差とを同時に補正する１次ＩＩＲフィルタの係数を、一般的なフィルタ係数算出手法を用いて算出するようにした。このことにより、実施の形態４では、より低域での補正が可能となり、より広帯域において指向性の劣化を抑えることができる。
【０１２４】
なお、本実施の形態では、無指向性マイクロホンユニット数が２個の場合を例に説明したが、３個以上の無指向性マイクロホンユニットを用いてもよい。この場合は、帯域レベルの最も低い無指向性マイクロホンユニットを基準に算出した各無指向性マイクロホンユニットとのレベル差に基づいて、上記と同様の方法で補正パラメータを算出すればよい。
【０１２５】
また、上記各実施の形態では、ｄＢ値によって説明しているが、本発明はこれに限らず、ｄＢ値と等価なリニア値を用いてもよい。
【０１２６】
図２８は、実際の無指向性マイクロホンユニットの収録データを用いた、本発明の指向性マイクロホン装置による計算機シミュレーション結果の一例を示す。図２８Ａは、収録時の２個の無指向性マイクロホンユニットの配置と音源方向との関係を示す図である。図２８Ａにおいて、２個の無指向性マイクロホンユニットの間隔は、１０ｍｍとしている。また、図２８Ａにおいて、空気漏れが有る無指向性マイクロホンユニットは左側２４０１（黒丸）とし、空気漏れが無い無指向性マイクロホンユニットは右側２４０２（白丸）としている。図２８Ｂは、２個の無指向性マイクロホンユニットからの信号、すなわち、収録データそのものを用いて指向性合成した方向別振幅周波数特性を示している。また、図２８Ｃは、本発明の指向性マイクロホン装置による指向性合成を用いた方向別振幅周波数特性を示す。各図において、実線は０°方向、点線は９０°方向、一点鎖線は１８０°方向である。図２８に示すように、本実施の形態では、本発明の指向性マイクロホン装置の適用により、低域の指向性が改善されていることが確認できる。
（他の実施の形態）
なお、本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されないのはもちろんである。本発明には、以下のような場合も含まれる。
【０１２７】
（１）上記、マイクロホンを除く各処理部（レベル差算出部、補正パラメータ算出部、補正処理部、指向性合成部等）は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｍｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、などから構成されるコンピュータシステムとして実装される。前記ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムに従って動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、ハードウエアと連携して、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【０１２８】
（２）上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【０１２９】
（３）上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、各装置に脱着可能なＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｃｕｉｔ）カード又は単体のモジュールから構成されてもよい。前記ＩＣカード又は前記モジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＩＣカード又は前記モジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含んでもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、前記ＩＣカード又は前記モジュールは、その機能を達成する。このＩＣカード又はこのモジュールは、耐タンパ性を有してもよい。
【０１３０】
（４）本発明は、上記に示す方法であってもよい。また、これらの方法は、コンピュータにより実現するコンピュータプログラムであってもよいし、前記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であってもよい。
【０１３１】
また、本発明は、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕｅ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものでもよい。また、本発明は、これらの記録媒体に記録されている前記デジタル信号であってもよい。また、本発明は、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものでもよい。また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、前記メモリは上記コンピュータプログラムを記憶しており、前記マイクロプロセッサは前記コンピュータプログラムに従って動作してもよい。また、本発明は、前記プログラム又は前記デジタル信号を前記記録媒体に記録して移送、または、前記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施してもよい。
【０１３２】
（５）上記各実施の形態は、それぞれ組み合わせてもよい。
【０１３３】
２０１０年７月２日出願の特願２０１０−１５２０３０の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明にかかる指向性マイクロホン装置及びその指向性制御方法は、空気漏れ等による低域における減衰を改善すると共に、複数の無指向性マイクロホンユニット間の低域で生じるレベル差及び位相差を補正し、指向性を改善し、小型化を図ることができる。これにより、本発明にかかる指向性マイクロホン装置及びその指向性制御方法は、複数の無指向性マイクロホン装置を使ったビデオカメラ、補聴器、録音機（ＩＣレコーダ）等に有用である。
【符号の説明】
【０１３５】
１０１  第１の無指向性マイクロホンユニット
１０２  第２の無指向性マイクロホンユニット
１０３  補正処理部
１０４  指向性合成部
１０５、１５０１  レベル差算出部
１０６、１５０２、２２０１  補正パラメータ算出部
２０１  第１の１次ＩＩＲフィルタ
２０２  第２の１次ＩＩＲフィルタ
３０１  左側指向性合成部
３０２  右側指向性合成部
３０３  第１の遅延器
３０４  第２の遅延器
３０５、９０３  減算器
３０６  ＥＱ
４０１、１６０１、２１０１  第１の周波数分析部
４０２、１６０２、２１０２  第２の周波数分析部
４０３  帯域レベル差算出部
５０１  バンドパスフィルタ
５０２  帯域レベル算出部
７０１  音孔
７０２  振動膜
７０３  薄空気層
７０４  背極
７０５  絶縁物
７０６  背部気室
７０７  漏れ孔
７０８  カシメ部
８０１  気道
９０１  第１の信号線
９０２  第２の信号線
１４０１、１９０１  ＦＦＴ部
１４０２  帯域レベル算出部
１６０３  基準レベル差算出部
１６０４  低域レベル差算出部
１７０１  第１のバンドパスフィルタ
１７０２  第２のバンドパスフィルタ
１７０３、１９０２  基準レベル算出部
１７０４、１９０３  低域レベル算出部
２００１  レベル比較部
２００２  補正パラメータ更新部
２１０３  帯域レベル比較部
２２０２  周波数特性補正部
【図１】
2012001898.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012001898.tif 000019
【図８】
2012001898.tif 000020
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2012001898.tif 000024
【図１３】
2012001898.tif 000025
【図１４】
2012001898.tif 000026
【図１５】
2012001898.tif 000027
【図１６】
2012001898.tif 000028
【図１７】
2012001898.tif 000029
【図１８】
2012001898.tif 000030
【図１９】
2012001898.tif 000031
【図２０】
2012001898.tif 000032
【図２１】
2012001898.tif 000033
【図２２】
2012001898.tif 000034
【図２３】
2012001898.tif 000035
【図２４】
2012001898.tif 000036
【図２５】
2012001898.tif 000037
【図２６】
2012001898.tif 000038
【図２７】
2012001898.tif 000039
【図２８】
2012001898.tif 000040
【国際調査報告】
2012001898.tif 000041
2012001898.tif 000042
2012001898.tif 000043
2012001898.tif 000044